采用变电站的语言:维萨拉 DGA 监测系统中的标准化通信协议

Power substation
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Matti Kokki
System Architect
Jun 18, 2019
电力传输

确保不同位的设备可以相互对话并不总是那么容易,因此,t维萨拉 Optimus™ DGA 监测系统 OPT100   支持三种使用最广的通信协议 – 帮助将它从变电站收集的关键数据传输到需要这些数据的地方。

将 OPT100 监测系统安装到变电站时,它连接到变电站的 SCADA(监控与数据采集)系统。此系统处理监测系统收集的测量数据 – 每个油分析通常收集 10 到 50 个测量值。使用机器到机器通信协议将测量结果发送到 SCADA。

实际上,SCADA 系统定期从监测系统请求信息,例如每秒请求一次。除了测量结果外,此信息还可以包括警报和系统状态等数据。

有几个不同的通信协议可用于 SCADA 通信。在过去,制造商通常定义自己的协议,这导致变电站网络组件之间存在兼容性问题。值得庆幸的是,标准化减少了不同协议的使用数量,从而提高了互操作性。如果变电站组件不支持变电站的 SCADA 系统使用的协议,将需要协议转换器。

OPT100 支持三种使用最广的通信协议:Modbus、DNP3 和 IEC 61850。尽管它们都可以用于将基本信息从 OPT100 传输到 SCADA 系统,但是在功能和操作方面略有不同。让我们来简要介绍一下这三种协议。

Modbus

Modbus 是三种协议中最古老的一种,它在 20 世纪 70 年代定义,尽管它只有适中的特征集,但是仍得到广泛使用。它是通用的协议,不提供变电站特定功能。

Modbus 可通过几种不同方式来实现。OPT100 提供两种最常见的方式:Modbus RTU(以 RS-485 为硬件层)以及以太网上的 Modbus TCP。Modbus 通信基于主从原理。主设备发起通信,从设备响应寻址到它的消息。在变电站中,SCADA 是主设备,它通过读取 Modbus 寄存器从 OPT100(从设备)请求信息。

设置 Modbus 通信需要进行很多人工操作。Modbus 接口描述(通常称为寄存器映射)是用户可阅读的文档,它说明实现了哪些 Modbus 功能以及将什么信息映射到哪个寄存器以及采用的数据格式。将 Modbus 设备用于 SCADA 系统时,安装技术人员必须使用 Modbus 寄存器映射中的数据手动配置该系统。

DNP3

DNP3 协议在 20 世纪 90 年代定义,专门针对变电站和其他公用设施应用(如水处理和供气)而设计。它主要在美洲和一些亚洲国家/地区(如日本)使用。
DNP3 已针对串行通信和以太网接口进行了定义,具有支持变电站特定功能的一些函数。DNP3 接口在随设备一起交付的设备配置文件文档中描述,并说明所有通信参数、可用函数和测量信息。该配置文件文档可以用户可读格式查看,或上传到 SCADA 系统以方便配置。
使用 DNP3 协议时,SCADA 系统是主站,OPT100 是分站。DNP3 主要用于主从模式下,但是 DNP3 分站也可以发起某类通信(如发送警报)。

OPT100 提供基于以太网的 DNP3 接口 – 有关详细说明,请参见 OPT100 DNP3 设备配置文件文档。

IEC 61850

IEC 61850 是国际电工委员会 (IEC) 制订的有关变电站自动化设计的标准,通常被视为面向未来的解决方案。它包含参考体系结构和若干协议和数据模型,比 Modbus 和 DNP3 协议要复杂得多。主要思路是所有变电站组件(变压器、交换机、继电器、测量设备、通信链接、配置等)都使用 SCL(变电站配置描述语言)来描述。目标是提供一种与制造商无关的方式来描述和操作变电站。
在 IEC 61850 上下文中,OPT100 被称为智能电力设备 (IED)。IED 始终包含一组描述它的 SCL 文件。实际上,变电站设计人员将 SCL 文件导入变电站数据库并配置必要的参数,然后将配置的文件上传到 OPT100,使之成为变电站功能的逻辑上的一部分。 IEC 61850 用户组可以在 www.iec61850.ucaiug.org 上找到。

这里只是简要介绍了三种主要协议,但是无论您使用 Modbus、DNP3 还是 IEC 61850 来将测量实施到变电站 SCADA 系统,维萨拉 Optimus™ DGA 监测系统 OPT100 都能满足您的要求。

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